Oznaczanie BTEX w odpadach stałych metodą chromatografii gazowej

Zanieczyszczenie odpadami stałymi stało się poważnym wyzwaniem w dziedzinie ochrony środowiska. BTEX (takie jak benzen, toluen, etylobenzen itp.), jako typowe zanieczyszczenia organiczne, stanowią poważne zagrożenie dla środowiska ekologicznego i zdrowia ludzkiego ze względu na ich wysoką toksyczność, silną mobilność i potencjalne ryzyko rakotwórcze. Zanieczyszczenia te pochodzą nie tylko z produkcji przemysłowej i odpadów komunalnych, ale mogą również przedostawać się do środowiska poprzez składowanie na wysypiskach, gromadzenie odpadów lub niewłaściwą obsługę, zanieczyszczając w ten sposób glebę, wody gruntowe i otaczające ekosystemy. Dlatego też dokładne wykrywanie BTEX w odpadach stałych jest kluczowe.

Niniejszy artykuł odnosi się do metody "Odpady stałe – Oznaczanie BTEX – Metoda chromatografii gazowej z przestrzenią nad osadem" (HJ 975-2018) i wykorzystuje chromatograf gazowy Wayeal GC6100 wyposażony w detektor FID i sampler przestrzeni nad osadem do wykrywania BTEX w odpadach stałych.

Słowa kluczowe: BTEX, Przestrzeń nad osadem, Chromatografia gazowa, Detektor FID, Odpady stałe.

1. Metoda eksperymentalna

1.1 Konfiguracja instrumentu

Tabela 1 Lista konfiguracji chromatografu gazowego

1.2 Materiały eksperymentalne i wyposażenie pomocnicze

Roztwór wzorcowy 8 składników BTEX w metanolu (1000μg/mL): Certyfikowany, komercyjny roztwór wzorcowy, przechowywany w szczelnych pojemnikach w ciemnych warunkach w temperaturze poniżej 4°C.

Wzorcowy roztwór roboczy 1 z 8 składników BTEX w metanolu (10μg/mL):Dokładnie pobrać 100μL roztworu wzorcowego i rozcieńczyć do 10 ml wodą. Przygotować świeży roztwór przed użyciem.

Wzorcowy roztwór roboczy 2 z 8 składników BTEX w metanolu (100μg/mL):Dokładnie pobrać 1000μL roztworu wzorcowego i rozcieńczyć do 10 ml wodą. Przygotować świeży roztwór przed użyciem.

Metanol:Stopień chromatograficzny

Kwas fosforowy:Stopień GR

Piasek kwarcowy: 0,30-0,85 mm (50-20 mesh). Ogrzewany w piecu muflowym w temperaturze 400°C przez 4 godziny, a następnie przeniesiony do butelki ze szlifem do szczelnego przechowywania po schłodzeniu.

Chlorek sodu: Stopień GR (ogrzewany w piecu muflowym w temperaturze 400°C przez 4 godziny przed użyciem, a następnie przeniesiony do butelki ze szlifem i przechowywany w eksykatorze do późniejszego zastosowania).

Nasycony roztwór chlorku sodu: Odważyć 500 ml wody, dodać kwas fosforowy kroplami, aby dostosować pH ≤ 2, dodać 180 g chlorku sodu, rozpuścić i dokładnie wymieszać. Przechowywać w temperaturze poniżej 4°C.

Gaz nośny:Wysokiej czystości azot

Generator wodoru

Generator powietrza

W pełni automatyczny sampler przestrzeni nad osadem: Dokładność kontroli temperatury ±1°C.

Fiolki headspace: Szklane fiolki headspace (20 ml).

1.3 Warunki testowe

1.3.1 Warunki odniesienia dla samplera przestrzeni nad osadem

Temperatura równowagi grzania: 95℃

Czas równowagi grzania: 50 min

Temperatura zaworu wtryskowego: 100°C;

Temperatura linii transferowej: 110°C;

Objętość wtrysku: 1,0 ml (pętla ilościowa).

1.3.2 Warunki odniesienia dla chromatografu gazowego

Kolumna chromatograficzna: Kolumna kapilarna woskowa, 30 m * 0,32 mm * 0,5μm.

Programowanie temperatury: Początkowa temperatura kolumny 40°C, utrzymywać przez 5 minut; następnie zwiększyć do 90°C z szybkością 5°C/min i utrzymywać przez 5 minut.

Natężenie przepływu kolumny: 2 ml/min

Temperatura wlotu wtryskowego: 200℃

Temperatura detektora: 250℃

Natężenie przepływu powietrza: 300 ml/min

Natężenie przepływu wodoru: 40 ml/min.

Natężenie przepływu uzupełniającego: 25 ml/min.

Wtrysk z podziałem: Stosunek podziału 10:1.

1.4 Przygotowanie roztworu

Wzorcowe roztwory robocze liniowe BTEX

Dodać 2 g piasku kwarcowego i 10 ml nasyconego roztworu chlorku sodu sekwencyjnie do 7 fiolek headspace. Następnie dodać odpowiednio 0μL, 5μL, 10μL, 20μL wzorcowego roztworu roboczego 1 (10μg/mL) i 5μL, 10μL, 40μL wzorcowego roztworu roboczego 2 (100μg/mL) do każdej odpowiedniej fiolki. Natychmiast uszczelnić, aby przygotować serię wzorcową o masach związków docelowych odpowiednio 0μg, 0,05μg, 0,10μg, 0,20μg, 0,50μg, 1,00μg i 4,00μg.

2. Wynik i eksperyment

2.1 Analiza jakościowa próbek wzorcowych

Rys. 1 Chromatogram roztworu wzorcowego BTEX (1,00μg)

Tabela 2 Parametry chromatograficzne roztworu wzorcowego BTEX (1,00μg)

Uwaga: Jak pokazano na chromatogramach powyżej, rozdzielczość między wszystkimi pikami składników BTEX przekracza 1,5, spełniając wymagania dotyczące zastosowań analitycznych.

2.2 Liniowość

Rys. 2 Krzywa wzorcowa BTEX i współczynnik korelacji

Uwaga: Poziomy stężeń dla krzywej wzorcowej BTEX w tym teście wynosiły 0μg, 0,05 μg, 0,10μg, 0,20μg, 0,50μg, 1,00μg i 4,00μg. Wszystkie składniki BTEX wykazały doskonałą liniowość ze współczynnikami korelacji >0,999, spełniając wymagania dotyczące zastosowań analitycznych.

2.3 Precyzja

Rys. 3 Chromatogramy powtarzalności BTEX w próbce odpadów stałych (0,025 mg/kg)

Rys. 4 Chromatogramy powtarzalności BTEX w próbce odpadów stałych (0,100 mg/kg)

Rys. 5 Chromatogramy powtarzalności BTEX w próbce odpadów stałych (0,500 mg/kg)

Tabela 3 Parametry chromatograficzne BTEX w próbkach odpadów stałych

Uwaga: Przeprowadzono sześć powtórzeń oznaczeń próbek mieszanych wzorców BTEX na poziomach stężeń 0,025 mg/kg, 0,100 mg/kg i 0,500 mg/kg. Odchylenia standardowe względne (RSD) wynosiły odpowiednio 1,1-2,4%, 1,2-2,4% i 0,8-1,6%. Wszystkie piki chromatograficzne wykazały odchylenia względne zgodne z wymaganiami normy.

2.4 LOD

Rys. 6 Chromatogramy dla granicy wykrywalności BTEX w próbce odpadów stałych (0,025 mg/kg)

Tabela 4 Granice wykrywalności metody i dolne granice oznaczalności dla składników BTEX

Przeprowadzono osiem powtórzeń wtrysków roztworu związku benzenu (0,025 mg/kg) w próbkach odpadów stałych. Obliczenia wskazują, że gdy wielkość próbki odpadów stałych wynosi 2 g, granica wykrywalności tej metody wynosi od 0,001 do 0,004 mg/kg, a dolna granica oznaczalności wynosi od 0,004 do 0,016 mg/kg, spełniając wymagania normy.

2.5 Test próbki

Wstępne przygotowanie próbki: Dodać 2 g próbki odpadów stałych i 10 ml nasyconego roztworu chlorku sodu do fiolki headspace. Natychmiast uszczelnić fiolkę i oscylować z prędkością 150 cykli/min przez 10 minut za pomocą wytrząsarki oscylacyjnej. Następnie przeprowadzić analizę za pomocą samplera przestrzeni nad osadem.

Rys. 7 Chromatogram analizy próbki odpadów stałych

Uwaga: Po standardowych procedurach wstępnego przygotowania, próbka odpadów stałych została przeanalizowana po pobraniu próbek. W próbce odpadów stałych nie wykryto żadnych związków BTEX.

2.6 Test odzysku

Tabela 5 Parametry chromatografii BTEX w odpadach stałych

Uwaga: Przeprowadzono osiem powtórzeń testów na próbkach odpadów stałych wzbogaconych niskimi, średnimi i wysokimi stężeniami BTEX. Wskaźniki odzysku dla wszystkich składników BTEX spełniły wymagania normy.

3. Wniosek

Metoda ta wykorzystywała chromatograf gazowy Wayeal GC6100 wyposażony w detektor FID i sampler przestrzeni nad osadem do oznaczania BTEX w odpadach stałych. Wyniki eksperymentów wykazały, że rozdzielczość między wszystkimi pikami składników BTEX przekroczyła 1,5, spełniając wymagania analityczne. Gdy stężenia wzorcowej krzywej roboczej wynosiły od 0,05 do 4,0μg, wszystkie składniki BTEX wykazały doskonałą liniowość ze współczynnikami korelacji >0,999, spełniając wymagania analityczne. Precyzja metody, granice wykrywalności i wskaźniki odzysku były zgodne ze specyfikacjami normy. Po wstępnym przygotowaniu w próbkach testowych nie wykryto żadnych związków BTEX, co wskazuje na prawidłowe wyniki. Pokazuje to, że metoda wykorzystująca instrument Wayeal GC6100 spełnia wymagania dotyczące oznaczania BTEX w odpadach stałych.

4. Uwaga

Rozpuszczalniki i wzorce odniesienia użyte w eksperymencie są klasyfikowane jako niebezpieczne chemikalia. Wszystkie procedury przygotowywania roztworów i wstępnego przygotowania próbek muszą być przeprowadzane w wyciągu. Operatorzy powinni nosić odpowiedni laboratoryjny sprzęt ochrony osobistej zgodnie z wymaganiami, unikając kontaktu ze skórą i odzieżą.